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《循环流化床锅炉烟气脱硝的技术改造》

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摘要：简要介绍了烟气脱硝技术,针对燃煤机组中的循环流化床锅炉,详细阐述了循环流化床锅炉的烟气脱硝技术改造工艺,具体分析了还原剂的注射、还原剂与烟气的充分混合、还原剂的选择等需要注意的问题,讨论了烟气脱硝技术改造对锅炉设备和机组安全运行的影响.

关键词：循环流化床；锅炉；烟气脱硝；技术改造

中图分类号：TK229.6+6文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2017.01.099

经济的快速发展,带动了人们生活水平的提高,同时也带动了能源的大量消耗.由于受到技术条件和资金等限制,目前我国电力资源的主要来源仍然是火力发电厂的燃煤机组.然而在燃煤机组运行过程中,煤燃烧后产生的烟气含有大量的氮氧化物,如果直接排放到空气中,会对环境造成严重的污染,并对人们的健康产生威胁.为了保证电厂工作人员以及周边居民的身体健康,减少对环境的污染和破坏,需要在锅炉中增设相应的烟气脱硝装置,燃煤机组在排烟前对烟气进行脱硝处理,去除烟气中的氮氧化物之后,才能进行排放.

1烟气脱硝技术概述

随着现代工业生产的发展和人们生活水平的提高,大气污染已作为世界范围的问题被尖锐地提了出来,大气污染防治凸显重要性.因此烟气脱硝技术被许多国家列为大气污染防治重点研究项目,并相继建成了一些工业规模的实用处理装置.

火电厂烟气脱硝装置主要用于去除锅炉烟气中的氮氧化物,主要有选择性催化还原（SelectiveCatalyticReduction,SCR）和选择性非催化还原（SelectiveNon-CatalyticReduction,SNCR）两种烟气脱硝技术,这两种技术都以氨或其相应的衍生物作为还原剂,与烟气中的氮氧化物进行还原反应,从而生成无害的氮气和水,达到去除氮氧化物的目的.SCR脱硝装置的脱硝效率可以达到90%以上,远远高出SNCR脱硝装置的20%～50%,但是运行和维护费用相对较高.而SNCR脱硝装置由于运行费用较低,而且应用在循环流化床（CirculatingFluidizedBed,CFB）锅炉中,完全可以满足国家规定的电厂锅炉烟气排放标准.同时,利用SNCR烟气脱硝技术对CFB锅炉进行技术改造,可以减少改造工程量,避免对气预热器、引风机及省煤器等方面的改造,相对比较简便.因此,SNCR烟气脱硝技术十分适用于CFB锅炉的烟气脱硝改造,笔者主要针对SNCR烟气脱硝技术进行分析[1-3].

2循环流化床锅炉烟气脱硝的技术改造

2.1还原剂的注射

对CFB锅炉进行烟气脱硝技术改造,需要选择适当的还原剂注射点,确保烟气脱硝可以起到最佳的效果.根据相关的数据和实践显示,旋风分离器入口是还原剂的最佳注射点.通过对流场的计算,结合锅炉的实际运行分析,烟气在旋风分离器内停留的时间相对比较稳定,约1s左右.由于旋风分离器中的稳定状态基本不会发生变化,还原剂的最佳反应停留时间为0.5s,烟气1s左右的停留时间足够其与烟气进行充分反应.

2.2还原剂与烟气的充分混合

通常情况下,锅炉炉型越大,还原剂与烟气的混合效果就越差,难以保证混合的均匀性,也就无法保证烟气脱硝效果.这也一直是困扰SNCR烟气脱硝技术在大型燃煤机组中应用的重大问题.因此,技术人员要采取适当措施,保证混合的均匀性,这样就可以提高烟气脱硝的效率和质量.

对于CFB锅炉而言,其旋风分离器中的气流比较混乱,流场复杂,难以对其准确把握.随着固相的分离,其中的气体会沿着分离器的内壁进行旋转,而旋转过程中形成的回流区,为气相的扩散以及还原剂与烟气的充分混合提供了良好的环境和条件,对于喷氨脱硝反应可以说是非常有利的.

与煤粉炉相比,CFB锅炉的结构布置较为特殊.其炉膛出口相对较窄,采用SNCR脱硝装置,可以向多个烟道同时喷入氨水进行烟气脱硝,而狭窄的炉膛设计加上旋风分离器的中心筒,可以起到减缓烟气流速的效果,使得反应时间延长,反应更加充分.这也是CFB锅炉应用SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率高于普通煤粉炉的原因.而且,CFB锅炉设有两个或两个以上的旋风分离器,可以将氨的利用效率提升到最高,减少其逃逸.

2.3还原剂的选择

通常情况下,SNCR烟气脱硝技术使用的还原剂为尿素或者液氨.两者在技术应用方面存在一定的差异,要进行全面细致地分析.

首先,使用尿素作为还原剂时,其热解产物是氨（NH3）和异氰酸（HNCO）,由于没有增加炉内气体的酸性,通常情况下不会对锅炉结构造成影响.从脱硝过程中发生的化学反应来看,氨与烟气中的氮氧化物发生了相应的化学反应,生成中性的氮和水.相比之下,氮氧化物的酸性反而更强.因此在烟气脱硝之后,锅炉内气体的酸性实际上会有所下降.

其次,使用液氨作为还原剂时,其会在蒸发器的作用下,转变为气体状态,经空气稀释后,进入炉内.与尿素相比,省略了热解生成氨和异氰酸的过程,直接可以与氮氧化物反应.同时,纯净的氨属于中性物质,同样不会对锅炉造成腐蚀和影响.

2.4对锅炉设备的影响

锅炉在运行中,煤中的硫会在燃烧的情况下生成二氧化硫,夹杂少数三氧化硫.而无论是尿素还是液氨,烟气中的三氧化硫都会与逃逸的氨发生反应,生成氨化合物硫酸铵.而硫酸铵具有强烈的腐蚀性,可能导致锅炉尾部烟道设备的腐蚀与损坏.因此,要采取相应的措施,对氨的逃逸进行控制,同时采取必要的炉内脱硫措施,减少烟气脱硝对于锅炉设备的影响和破坏.

2.5对机组安全运行的影响

一般情况下,运营中的锅炉一旦停炉,会造成严重的经济损失.为了减少这种损失,烟气脱硝装置的安装往往都是在机组正常运行的情况下进行的.脱硝装置的安装区域距离风机、风道、烟道以及电缆等较近,因此在进行施工改造时,需要采取相应的措施,对其进行施工保护,避免对机组的安全运行产生影响.

3结束语

总而言之,SNCR烟气脱硝技术在循环流化床锅炉中的应用,可以减少二次污染,对烟气进行净化,具有较好的脱硝效率.在进行技术改造的同时,要充分考虑其对于CFB锅炉的影响,在保证机组安全经济运行的前提下,减少烟气对于环境的污染和破坏,兼顾经济效益和社会效益.

参考文献：

[1]钟袆勍,姚国鹏,王剑钊,等.CFB锅炉SNCR烟气脱硝系

统拉制策略研究[J].热力发电,2014(7):101-103.

[2]陈彬,姚丽萍.SNCR技术在循环流化床锅炉烟气脱硝中

的应用[J].电力科技与环保,2012(5):25-27.

[3]常剀.选择性非催化还原（SNCR）技术在环流化床锅炉

烟气脱硝的工程应用[D].上海:上海师范大学,2013.

（责任编辑邸开宇）